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第1章 绪论 1

1.1简介 1

1.2激光通信的应用 2

1.2.1点对点链路 3

1.2.2点对多点／星座与网络 6

1.2.3行星链路 8

1.2.4反向调制链路 8

1.3子系统技术 9

1.3.1信号探测器 9

1.3.2激光发射单元 11

1.3.3激光束瞄准和稳定 12

1.3.4星载光端机的光机结构组件 14

1.3.5地面站的光机组件 16

1.4技术验证 20

1.4.1最近验证 20

1.5结论 21

参考文献 22

第2章 系统工程和设计原则 25

2.1光束对准误差分配 28

2.1.1对准误差构成 29

2.1.2跟踪残差 30

2.1.3无随机扰动条件下接收功率和误码率 31

2.1.4随机扰动条件的接收功率和平均误码率 31

2.2链路功率预算分析 33

2.2.1信号光链路功率分析 34

2.2.2跟踪光链路功率分析 34

2.2.3空—空最优链路设计实例 36

2.2.4 w0／σ与平均误码率之比的优化 37

2.3天—地激光通信链路设计 39

2.3.1平均误码率 39

2.3.2光学通信信道 41

2.3.3光学跟踪信道 42

2.3.4多光束增益 43

2.3.5孔径平滑增益 44

2.3.6地—空最优链路设计实例 45

参考文献 48

第3章 对准、捕获和跟踪 51

3.1简介和内容概述 51

3.2系统描述和PAT概述 52

3.3 PAT的一般性需求 56

3.4 PAT概念发展 58

3.5 PAT的硬件开发与集成 69

3.6 PAT的性能特点 73

3.7小结 77

参考书目 78

第4章 激光发射单元：相干探测和直接探测 81

4.1激光发射单元：相干探测体制 81

4.1.1结构 84

4.1.2激光光源 86

4.1.3调制器 96

4.1.4光放大器 98

4.1.5发射机控制电路 103

参考文献 104

4.2激光发射单元：直接探测体制 105

4.2.1概述 105

4.2.2激光发射单元 106

4.2.3自发辐射 113

4.2.4调制 113

4.3小结 114

参考文献 116

第5章 载荷光机分系统 117

5.1引言 117

5.2通用要求 118

5.3光学设计考虑因素 119

5.3.1望远镜的选择 120

5.4背景光消除及滤波 122

5.4.1太阳光消除 123

5.5发射／接收隔离 123

5.6装配公差 124

5.7光学系统的稳定性和轻小型化 124

5.8望远镜材料 125

5.9机械执行机构 127

5.9.1精密指向镜 127

5.9.2粗跟踪装置 127

5.9.3束散角控制装置 128

5.10清洁控制 128

5.11机械装调 129

5.12主动与被动的机械隔振 130

参考文献 131

第6章 自由空间光通信的编码与调制 133

6.1简介 133

6.2光信道模式 134

6.2.1脉冲位置调制 134

6.3光学信道容量 135

6.3.1泊松PPM信道的容量 135

6.3.2峰值和平均功率限制 138

6.3.3死区时间的影响 139

6.3.4次优的PPM 140

6.4衰落 141

6.4.1相干时间和衰减深度 143

6.4.2衰减损耗 143

6.4.3信道交织减少损耗 144

6.5时延抖动 146

6.5.1容量 147

6.5.2信道似然估计 148

6.5.3抖动损耗 148

6.6纠错码 150

6.6.1 RS编码 151

6.6.2迭代软判决码 152

6.6.3比较 153

参考文献 154

第7章 光电探测器和接收单元 157

7.1需求与挑战 157

7.2光电探测过程 160

7.2.1平方律光电检测 160

7.2.2外差过程 160

7.2.3探测噪声 161

7.3器件 165

7.3.1光电二极管 165

7.3.2光子计数探测器 172

7.3.3光学滤波器 173

7.3.4光前置放大器 174

7.3.5本振激光器 176

7.4光接收机：结构、实现与优化 176

7.4.1光接收机分类：综述 176

7.4.2光接收机性能指标 177

7.4.3直接探测接收机 179

7.4.4 APD接收机 180

7.4.5相干接收机 180

7.4.6光前置放大接收机 185

7.4.7调制类型 186

7.4.8相干探测与光前置放大直接探测 188

7.5背景辐射 189

7.5.1背景辐射功率的测定 189

7.6小结与展望 193

参考文献 194

第8章 大气信道 198

8.1引言 198

8.1.1大气湍流的统计描述 198

8.1.2折射率结构常数模型 200

8.1.3湍流大气中的传输 202

8.1.4闪烁指数 204

8.1.5闪烁统计 205

8.1.6孔径平均因子 206

8.1.7强湍流下的闪烁模型 207

8.1.8相位统计 208

8.1.9光束效应 213

8.2大气传输损耗和背景光噪声 216

8.2.1吸收和散射 216

8.2.2背景光辐射和天空辐射 220

8.3结论 222

参考文献 222

第9章 光学地面站：要求及设计、双工链路模型及特性 225

9.1概述 225

9.2地面终端的要求 225

9.2.1光学地面站选址 226

9.2.2光学地面站望远镜 226

9.2.3光学地面站设备 227

9.3光学地面站设计实例 230

9.3.1建筑设施和望远镜 231

9.3.2焦平面光学系统主要特性 232

9.3.3焦平面控制的设计 234

9.4激光光束大气湍流传输性能预测模型 244

9.4.1下行链路动力学模型 244

9.5实验方法 250

9.5.1湍流参数测量 251

9.5.2风速测量 252

9.5.3消光比 252

9.6实验结果 253

9.6.1下行统计结果 253

9.6.2下行通信实验结果 255

9.6.3上行链路统计结果 257

9.7结论 262

参考文献 263

第10章 可靠性与航天质量体系管理 265

10.1引言 265

10.2航天产品质量测试 266

10.2.1质量标准 266

10.2.2测试特性方法 268

10.2.3商用成品器件的质量测试 271

10.3各种设备的质量测试 272

10.3.1半导体和光纤激光器／放大器的质量测试 272

10.3.2无源光纤和光纤连接器质量测试 273

10.3.3无源光学器件质量测试 274

10.4太空环境下系统的封装 274

10.5辐射效应 275

10.5.1辐射环境 275

10.5.2辐射对光学器件和涂层的影响 277

10.5.3辐射对半导体激光器的影响 278

10.5.4辐射对光电探测器和探测器阵列的影响 278

10.5.5辐射对光纤的影响（包括掺杂光纤） 278

10.6加速寿命实验 279

10.7质量测试示例 279

10.8小结 280

参考文献 281

第11章 全球卫星光传输网络 284

11.1引言 284

11.2卫星星座的轨道模型与物理拓扑结构 285

11.3光网络技术 288

11.3.1单跳光网络 290

11.3.2多跳光网络 290

11.3.3通信路由和光路／ISL的确定 293

11.4光网络技术 294

11.4.1 ISL终端 295

11.4.2光路路由器 295

11.4.3波段与通信方案 296

11.4.4发射器 297

11.4.5波分复用／多路信号分离器 297

11.4.6开关 297

11.4.7串扰和噪音 299

11.5 OTN电源考虑 299

11.6 OTN的管理 300

11.7交互性 301

11.8总结 302

参考文献 302

第12章 展望 305

12.1军事应用 305

12.1.1光射频混合链路实验通信 306

12.2美国国家航空航天局 306

12.3欧洲激光通信的成果 307

12.4技术机遇 308

参考文献 309